Предпосылки создания изобретения
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится в целом к противовыбросовым превенторам, используемым в нефтяной и газовой промышленности. В частности, изобретение относится к противовыбросовому превентору с новым устройством для фиксации крышки.
Известный уровень техники
Контроль за скважиной представляет собой важный аспект разведки на нефть и газ. При бурении скважины, например, в случаях разведки на нефть и газ устройства должны быть установлены в заданное положение для предотвращения травм персонала и повреждений оборудования, связанных с бурильными работами. Одно такое устройство для контроля за скважиной известно как противовыбросовый превентор.
Противовыбросовые превенторы, как правило, используются для герметичного закрытия ствола скважины. Например, бурение скважин при поисках нефти или газа предусматривает проходку множества подповерхностных геологических структур, или пластов. Каждый пласт, как правило, содержит особый геологический состав, например такой как сланец, песчаник, известняк и т.д. Каждый пласт может содержать захваченные текучие среды или газ, находящиеся под разными пластовыми давлениями, и пластовые давления возрастают при увеличении глубины. Давление в стволе скважины, как правило, регулируют так, чтобы оно, по меньшей мере, уравновешивало пластовое давление, например, путем увеличения плотности бурового раствора в стволе скважины или увеличения давления на выкиде насоса на поверхности скважины.
Во время бурильных операций существуют случаи, когда ствол скважины может пройти в пласт, имеющий пластовое давление, существенно превышающее давление, поддерживаемое в стволе скважины. Когда это происходит, говорят, что скважина "получила гидравлический удар (в скважине произошел выброс)". Увеличение давления, связанное с гидравлическим ударом, как правило, обусловлено притоком пластовых флюидов (которые могут представлять собой жидкость, газ или их комбинацию) в ствол скважины. Выброс, имеющий относительно высокое давление, стремится распространиться от места входа в стволе скважины вверх по стволу скважины (от зоны высокого давления в зону низкого давления). Если выбросу позволят достичь поверхности, буровой раствор, инструменты, используемые в скважине, и другое буровое оборудование может быть выброшено из скважины. Эти "выбросы" часто приводят к катастрофическому разрушению бурового оборудования (включая, например, буровую установку) и к серьезным травмам или гибели персонала буровой установки.
Из-за опасности выбросов противовыбросовые превенторы, как правило, устанавливают на поверхности или на дне моря в установках для глубоководного бурения с тем, чтобы можно было соответствующим образом управлять выбросами и обеспечивать отвод их из системы. Противовыбросовые превенторы могут быть приведены в действие для осуществления эффективной герметизации ствола скважины до тех пор, пока не будет обеспечена возможность принятия активных мер для управления выбросом. Существует несколько типов противовыбросовых превенторов, из которых наиболее распространенными являются кольцевые противовыбросовые превенторы и противовыбросовые превенторы плашечного типа.
Кольцевые противовыбросовые превенторы, как правило, содержат кольцевые эластомерные пакеры, которые могут быть приведены в действие (например, надуты) для герметизации бурильной трубы и скважинных инструментов и обеспечения полного герметичного закрытия ствола скважины. Противовыбросовый превентор второго типа представляет собой плашечный противовыбросовый превентор. Превенторы плашечного типа, как правило, содержат корпус и, по меньшей мере, две расположенные напротив друг друга крышки. Крышки, как правило, крепят к корпусу по их окружной периферии, например, с помощью болтов. В альтернативном варианте крышки могут быть прикреплены к корпусу с помощью петли (шарнира) и болтов с тем, чтобы можно было повернуть крышку вбок с целью обеспечения возможности доступа для технического обслуживания.
Внутри каждой крышки находится плашка, приводимая в действие поршнем. Плашки могут представлять собой или трубные плашки (которые при приведении их в действие смещаются для входа в контакт с бурильной трубой и скважинными инструментами и охватывания бурильной трубы и скважинных инструментов с целью закрытия ствола скважины), или срезающие плашки (которые при приведении их в действие смещаются для входа в контакт с любой бурильной трубой или скважинными инструментами и физического срезания любой бурильной трубы или скважинных инструментов в стволе скважины). Плашки, как правило, расположены напротив друг друга, и, независимо от того, являются ли плашки трубными или срезающими, они, как правило, плотно прилегают друг к другу вблизи центра ствола скважины, чтобы полностью закрыть ствол скважины.
Необходимо осуществлять регулярное техническое обслуживание противовыбросовых превенторов так же, как и любого инструмента, используемого при бурении нефтяных и газовых скважин. Например, противовыбросовые превенторы содержат уплотнения, выдерживающие высокое давление, между крышками и корпусом противовыбросового превентора. Уплотнения, выдерживающие высокое давление, во многих случаях представляют собой эластомерные уплотнения. Эластомерные уплотнения необходимо регулярно проверять, чтобы гарантировать то, что эластомер не имеет прорезей, остаточных деформаций и не поврежден, например из-за химической реакции с буровым раствором в стволе скважины. Более того, часто желательно заменить трубные плашки срезающими плашками или наоборот для обеспечения различных возможностей контроля за скважинами. Следовательно, важно, чтобы противовыбросовый превентор имел крышки, которые можно было бы легко снять с тем, чтобы обеспечить возможность доступа к внутренним элементам, таким как плашки, и возможность их технического обслуживания.
Разработка противовыбросовых превенторов, которые легко обслуживать, представляет собой трудную задачу. Например, как было упомянуто выше, крышки, как правило, присоединены к корпусу противовыбросового превентора болтами или с помощью комбинации шарнира (петли) и болтов. Болты должны быть затянуты с большим крутящим моментом, чтобы поддерживать уплотнение между дверцей крышки и корпусом противовыбросового превентора. Уплотнение между крышкой и корпусом противовыбросового превентора, как правило, представляет собой торцевое уплотнение, и уплотнение должно обладать способностью выдерживать очень высокие давления, создающиеся в стволе скважины.
В результате необходимы специальные инструменты и оборудование для установки и снятия дверец крышек и крышек с тем, чтобы обеспечить возможность доступа к внутреннему пространству корпуса противовыбросового превентора. Время, требуемое для установки и снятия болтов, соединяющих дверцы крышек с корпусом противовыбросового превентора, приводит к простою буровой установки, в результате чего имеют место как повышенные затраты, так и снижение эффективности. Более того, как правило, требуются в основном большие болты и почти полная окружность центров отверстий под болты вокруг окружной периферии дверцы крышки, чтобы создать усилие, достаточное для удерживания дверцы крышки у корпуса противовыбросового превентора. Размер болтов и окружности центров отверстий под болты может приводить к увеличению высоты блока противовыбросовых превенторов. На практике часто используют блок противовыбросовых превенторов (в котором несколько противовыбросовых превенторов установлены вертикально друг относительно друга), и при бурильных операциях желательна сведенная к минимуму высота блока.
Было предпринято несколько попыток уменьшения высоты блока и времени, требуемого для обеспечения доступа к внутреннему пространству противовыбросового превентора. В патенте США № 5655745, выданном на имя Morrill, показан приводимый в действие давлением держатель уплотнения, который позволяет устранить торцевое уплотнение между дверцей крышки и корпусом противовыбросового превентора. Противовыбросовый превентор, показанный в патенте '745, позволяет использовать болты меньшего размера и в меньшем количестве на окружности центров отверстий под болты, которая меньше полного круга, для крепления крышки к корпусу. Более того, в патенте '745 показано, что петля может быть использована вместо, по меньшей мере, некоторых из болтов.
В патенте США № 5897094, выданном на имя Brugman и др., раскрыто усовершенствованное соединение дверцы противовыбросового превентора, которое включает в себя верхние и нижние соединительные стержни, предназначенные для крепления крышек к противовыбросовому превентору. В усовершенствованном соединении дверец противовыбросового превентора по указанному патенту не используются болты для крепления крышек к противовыбросовому превентору, и в данном патенте раскрыта конструкция, созданная с целью минимизации высоты блока противовыбросовых превенторов.
Сущность изобретения
Одна особенность изобретения состоит в том, что изобретение включает механизм для фиксации крышки, предназначенный для противовыбросового превентора. Механизм для фиксации крышки содержит радиальный фиксатор, устройство для смещения радиального фиксатора и, по меньшей мере, одно устройство для приведения в действие фиксатора, соединенное в рабочем положении с устройством для смещения радиального фиксатора. Устройство для смещения радиального фиксатора приспособлено для смещения радиального фиксатора в радиальном направлении с целью образования фиксирующего контакта между крышкой и корпусом противовыбросового превентора.
Другая особенность изобретения состоит в том, что изобретение включает механизм для фиксации крышки, предназначенный для противовыбросового превентора, содержащий дверцу крышки, соединенную в рабочем положении с поворотной подвижной опорой. Поворотная подвижная опора приспособлена для плавного перемещения относительно корпуса противовыбросового превентора. По меньшей мере, одно устройство для приведения в действие фиксатора соединено с дверцей крышки, и устройство для смещения радиального фиксатора соединено в рабочем положении с, по меньшей мере, одним устройством для приведения в действие фиксатора. Крышка приспособлена для установки ее с возможностью смещения вблизи бокового отверстия корпуса противовыбросового превентора. По меньшей мере, одно устройство для приведения в действие фиксатора приспособлено для аксиального смещения устройства для смещения радиального фиксатора так, чтобы обеспечить смещение радиального фиксатора в радиальном направлении с целью образования фиксирующего контакта между крышкой и корпусом противовыбросового превентора.
Еще одна особенность изобретения состоит в том, что изобретение включает механизм для фиксации крышки, предназначенный для противовыбросового превентора, содержащий радиальный фиксатор, расположенный в корпусе противовыбросового превентора. По меньшей мере, одно устройство для приведения в действие фиксатора соединено в рабочем положении с радиальным фиксатором. По меньшей мере, одно устройство для приведения в действие фиксатора приспособлено для смещения радиального фиксатора в радиальном направлении так, чтобы внутренняя поверхность радиального фиксатора образовала фиксирующий контакт с крышкой.
Еще одна особенность изобретения состоит в том, что изобретение включает противовыбросовой превентор, содержащий корпус и крышку, присоединенную к корпусу с обеспечением взаимодействия с ним вблизи каждого из, по меньшей мере, двух расположенных напротив друг друга, боковых отверстий, образованных в корпусе. Радиальное фиксирующее устройство присоединено к каждой крышке с обеспечением взаимодействия с ней и приспособлено для крепления каждой крышки к корпусу вблизи внутренней периферии, по меньшей мере, двух боковых отверстий.
Еще одна особенность изобретения состоит в том, что изобретение включает уплотнение крышки, приспособленное для образования уплотнительного соединения между крышкой и корпусом противовыбросового превентора.
Еще одна особенность изобретения состоит в том, что изобретение включает способ крепления крышки к корпусу противовыбросового превентора. Способ включает в себя размещение крышки вблизи бокового отверстия корпуса противовыбросового превентора, приведение в действие, по меньшей мере, одного устройства для приведения в действие фиксатора, которое соединено в рабочем положении с устройством для смещения радиального фиксатора, смещение в аксиальном направлении устройства для смещения радиального фиксатора и смещение радиального фиксатора в радиальном направлении с помощью устройства для смещения радиального фиксатора с тем, чтобы образовать фиксирующий контакт между крышкой и корпусом противовыбросового превентора.
Еще одна особенность изобретения состоит в том, что изобретение включает способ крепления крышки к корпусу противовыбросового превентора. Способ включает размещение крышки вблизи бокового отверстия корпуса противовыбросового превентора, приведение в действие, по меньшей мере, одного устройства для приведения в действие фиксатора, которое соединено в рабочем положении с радиальным фиксатором, при этом радиальный фиксатор расположен в корпусе противовыбросового превентора, и смещение радиального фиксатора в радиальном направлении с тем, чтобы образовать герметичный контакт между крышкой и корпусом противовыбросового превентора.
Другие особенности и преимущества изобретения станут очевидными из нижеприведенного описания и приложенной формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 показывает выполненный с местным разрезом и с пространственным разделением элементов вид противовыбросового превентора, содержащего механизм для фиксации крышки согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 показывает увеличенный вид части превентора, показанного на фиг.1.
Фиг.3 показывает вариант осуществления устройства для смещения радиального фиксатора.
Фиг.4 показывает другой вариант осуществления устройства для смещения радиального фиксатора.
Фиг.5 показывает вариант осуществления изобретения, в котором радиальный фиксатор прикреплен штифтами к части крышки.
Фиг.6 показывает вариант осуществления радиального фиксатора, содержащего две половины.
Фиг.7 показывает вариант осуществления радиального фиксатора, содержащего четыре части.
Фиг.8 показывает вариант осуществления радиального фиксатора, содержащего множество частей.
Фиг.9 показывает вариант осуществления змеевидного радиального фиксатора с разрезами.
Фиг.10 показывает вариант осуществления фиксатора, используемого в варианте осуществления изобретения.
Фиг.11 показывает вариант осуществления фиксатора, используемого в варианте осуществления изобретения.
Фиг.12 показывает вариант осуществления фиксатора, используемого в варианте осуществления изобретения.
Фиг.13 показывает вариант осуществления уплотнения, выдерживающего высокие давления и используемого в варианте осуществления изобретения.
Фиг.14 показывает вариант осуществления уплотнения, выдерживающего высокие давления и используемого в варианте осуществления изобретения.
Фиг.15 показывает вариант осуществления уплотнения, выдерживающего высокие давления и используемого в варианте осуществления изобретения.
Фиг.16 показывает вариант осуществления уплотнения, выдерживающего высокие давления и используемого в варианте осуществления изобретения.
Фиг.17 показывает вариант осуществления уплотнения, выдерживающего высокие давления и используемого в варианте осуществления изобретения.
Фиг.18 показывает вариант осуществления изобретения, в котором радиальный фиксатор расположен в выемке в боковом канале корпуса противовыбросового превентора.
Фиг.19 показывает вариант осуществления радиального фиксатора, содержащего две половины.
Фиг.20 показывает вариант осуществления радиального фиксатора, содержащего четыре части.
Фиг.21 показывает вариант осуществления радиального фиксатора, содержащего множество прорезей.
Фиг.22 показывает вариант осуществления радиального фиксатора, содержащего прорези со ступенчато изменяющимися размерами.
Фиг.23 показывает боковой перспективный вид варианта осуществления поворотной подвижной опоры, используемой в варианте осуществления изобретения.
Фиг.24 показывает фронтальный перспективный вид варианта осуществления поворотной подвижной опоры, используемой в варианте осуществления изобретения.
Фиг.25 показывает вид сверху варианта осуществления поворотной подвижной опоры, используемой в варианте осуществления изобретения.
Подробное описание
Вариант осуществления изобретения показан на фиг.1. Противовыбросовый превентор 10 плашечного типа содержит корпус 12 противовыбросового превентора и расположенные напротив друг друга узлы 14 крышки. Корпус 12 противовыбросового превентора дополнительно содержит соединительные элементы 16 (которые могут представлять собой, например, фланцы) на верхней поверхности и нижней поверхности корпуса 12 противовыбросового превентора, предназначенные для присоединения противовыбросового превентора 10, например, к другому противовыбросовому превентору или к другому скважинному инструменту. Корпус 12 противовыбросового превентора имеет внутреннее сквозное отверстие 18, предназначенное для прохода буровых растворов, бурильной трубы, скважинных инструментов и т.п., используемых для бурения, например, нефтяной или газовой скважины. Корпус 12 противовыбросового превентора дополнительно содержит множество боковых каналов 20, при этом каждый из множества боковых каналов 20, как правило, приспособлен для соединения с узлом 14 крышки.
Узлы 14 крышки присоединены к корпусу 12 противовыбросового превентора, как правило, противолежащими парами, как показано на фиг.1. Каждый узел 14 крышки дополнительно содержит множество элементов, приспособленных для создания герметичного соединения между узлом 14 крышки и корпусом 12 противовыбросового превентора и для приведения в действие поршня 22, соединенного с плашкой, внутри каждого узла 14 крышки. Элементы узлов 14 крышки имеют сквозные проходы для перемещения поршня 22, соединенного с плашкой.
Каждый узел 14 крышки, как правило, содержит аналогичные элементы. Несмотря на то, что каждый узел 14 крышки представляет собой отдельную и особую часть противовыбросового превентора 10, функционирование и конструкция каждого узла 14 крышки аналогичны. Соответственно, с целью упрощения описания работы противовыбросового превентора 10 и узлов 14 крышки подробно будут описаны элементы и функционирование одного узла 14 крышки. Следует понимать, что каждый узел 14 крышки работает аналогичным образом, и что, например, противолежащие узлы 14 крышки, как правило, функционируют скоординированно.
Переходя к описанию функционирования одного узла 14 крышки, можно отметить, что поршень 22 приспособлен для соединения его с плашкой (непоказанной), которая может представлять собой, например, трубную плашку или срезающую плашку. Каждый поршень 22, соединенный с плашкой, соединен с цилиндром 24, предназначенным для приведения плашки в действие, который приспособлен для смещения поршня 22, соединенного с плашкой, в аксиальном направлении внутри узла 14 крышки, то есть в направлении, по существу перпендикулярном к оси корпуса 12 противовыбросового превентора, при этом ось корпуса 12 противовыбросового превентора, как правило, определяют как вертикальную ось внутреннего отверстия 18 (которая, как правило, параллельна по отношению к оси ствола скважины). Плашка (непоказанная), как правило, соединена с поршнем 22, и, если плашки (непоказанные) представляют собой срезающие плашки, аксиальное смещение поршня 22, соединенного c плашкой, как правило, приводит к смещению плашки (непоказанной) во внутреннее отверстие 18 и вводу ее в контакт с соответствующей плашкой (непоказанной), присоединенной к поршню 22 в узле 14 крышки, расположенном с противоположной стороны противовыбросового превентора 10.
В альтернативном варианте, если плашки (непоказанные) представляют собой трубные плашки, аксиальное смещение поршня, соединенного с плашкой, как правило, приводит к смещению плашки (непоказанной) во внутреннее отверстие 18 и к вводу ее в контакт с соответствующей плашкой (непоказанной) и с бурильной трубой и/или скважинными инструментами, имеющимися в стволе скважины. Следовательно, приведение в действие цилиндра 24, предназначенного для приведения плашки в действие, приводит к смещению поршня 22, соединенного с плашкой, и к смещению плашки (непоказанной) в положение, при котором она блокирует поток бурового раствора и/или пластового флюида через внутреннее отверстие 18 корпуса 12 противовыбросового превентора, и к образованию, при выполнении этого, уплотнения, выдерживающего высокие давления, которое предотвращает проход потока текучих сред в ствол скважины (непоказанный) или из ствола скважины.
Цилиндр 24, предназначенный для приведения плашки в действие, дополнительно содержит исполнительный механизм 26, который может представлять собой, например, гидроцилиндр. Однако исполнительные механизмы других типов известны в данной области техники и могут быть использованы в изобретении. Следует отметить, что в целях описания изобретения "текучую среду" можно определить как газ, жидкость или их комбинацию.
Например, если плашка (непоказанная) представляет собой трубную плашку, приведение в действие поршня 22, соединенного с плашкой, приводит к смещению плашки (непоказанной) в положение, при котором она герметично охватывает бурильную трубу (непоказанную) или скважинные инструменты (непоказанные), проходящие через внутреннее отверстие 18 в корпусе 12 противовыбросового превентора. Кроме того, если плашка (непоказанная) представляет собой срезающую плашку, приведение в действие поршня 22, соединенного с плашкой, приводит к смещению плашки (непоказанной) в положение, при котором она срезает любую бурильную трубу (непоказанную) или скважинные инструменты (непоказанные), проходящие через внутреннее отверстие 18 корпуса 12 противовыбросового превентора, и, следовательно, к герметичному закрытию внутреннего отверстия 18.
Радиальный фиксирующий механизм, предназначенный для присоединения крышек к противовыбросовому превентору
Важной особенностью противовыбросового превентора 10 является устройство, с помощью которого узлы 14 крышки герметично присоединены к корпусу 12. На фиг.1 показан радиальный фиксирующий механизм 28, который предназначен для создания выдерживающего высокие давления, радиального уплотнения между узлом 14 крышки и корпусом 12 противовыбросового превентора. Кроме того, радиальное фиксирующее устройство 28 предназначено для упрощения технического обслуживания узла 14 крышки и плашек (непоказанных), расположенных в нем.
В вариантах осуществления, показанных на фигурах, боковые каналы 20 и другие элементы противовыбросового превентора 10, предназначенные для соединения с ними и ввода в них, показаны как имеющие овальную или по существу эллиптическую форму. Овальная или по существу эллиптическая форма (например, овальное поперечное сечение) способствует уменьшению высоты блока противовыбросовых превенторов, в результате чего сводятся к минимуму масса, количество используемого материала и стоимость. Тем не менее, другие формы, такие как круглые формы, также пригодны для использования в изобретении. Соответственно, объем изобретения не следует ограничивать формами вариантов осуществления, показанными на фигурах.
Радиальный фиксирующий механизм 28 расположен внутри узла 14 крышки и внутри бокового канала 20 корпуса 12 противовыбросового превентора. В данном варианте осуществления радиальный фиксирующий механизм 28 содержит уплотнение 29 крышки, расположенное на корпусе 30 крышки, радиальный фиксатор 32, устройство 34 для смещения радиального фиксатора, дверцу 36 крышки и устройства 38 для приведения в действие фиксатора. Уплотнение 29 крышки обеспечивает герметичное соединение корпуса 30 крышки с корпусом 12 противовыбросового превентора вблизи бокового канала 20 при взаимодействии корпуса 30 крышки с корпусом 12 противовыбросового превентора. Уплотнение 29 крышки представляет собой уплотнение, которое выдерживает высокие давления и которое предотвращает выход текучих сред из внутреннего отверстия 18 корпуса 12 противовыбросового превентора через боковой канал 20. Различные варианты осуществления уплотнения 29 крышки будут подробно рассмотрены ниже.
Когда уплотнение 29 крышки образовано между корпусом 30 крышки и корпусом 12 противовыбросового превентора, корпус 30 крышки находится в положении установки и расположен вблизи корпуса 12 противовыбросового превентора и, по меньшей мере, частично внутри бокового канала 20. Поскольку уплотнение 29 крышки представляет собой уплотнение 29, выдерживающее высокие давления, радиальный фиксирующий механизм 28 должен быть прочным и обладать способностью выдерживать очень высокие давления, создаваемые во внутреннем отверстии 18.
Вариант осуществления, показанный на фиг.1, содержит новое устройство, предназначенное для фиксации узла 14 крышки (и, таким образом, уплотнения 29 крышки) в заданном положении. Как показано на фиг.2, радиальный фиксатор 32 имеет внутренний диаметр, позволяющий насаживать его поверх наружной поверхности 40 корпуса 30 крышки и смещать в некоторое положение рядом с уплотнительным концом 45 корпуса 30 крышки. Радиальный фиксатор 32, показанный на фиг.2, содержит две половины, разделенные центральной прорезью 46. Тем не менее, радиальный фиксатор 32 может содержать дополнительные части, и предусмотрено, что вариант осуществления, состоящий из двух частей и показанный на фиг.2, не должен ограничивать объем изобретения. Дополнительные варианты осуществления радиального фиксатора 32 будут описаны ниже более подробно.
Устройство 34 для смещения радиального фиксатора также имеет внутренний диаметр, позволяющий насаживать его поверх наружной поверхности 40 корпуса 30 крышки. Кроме того, устройство 34 для смещения радиального фиксатора дополнительно имеет скошенную поверхность 48 на наружной периферии, которая приспособлена для вставки ее во внутреннее отверстие 50 радиального фиксатора 32. Устройство 34 для смещения радиального фиксатора также имеет внутреннюю торцевую поверхность 56, которая приспособлена для контактирования с наружной поверхностью 54 корпуса 12 противовыбросового превентора. В смонтированном положении корпус 30 крышки, радиальный фиксатор 32 и устройство 34 для смещения радиального фиксатора находятся между корпусом 12 противовыбросового превентора и дверцей 36 крышки. Внутренняя поверхность 52 дверцы 36 крышки приспособлена для контактирования с наружной поверхностью 54 корпуса 12 противовыбросового превентора. Следует отметить, что соединение между дверцей 36 крышки и корпусом 12 противовыбросового превентора не зафиксировано (например, дверца 36 крышки не прикреплена болтами к корпусу 12 противовыбросового превентора).
Узел 14 крышки приспособлен для контактирования с возможностью скольжения с, по меньшей мере, одним стержнем 70 посредством поворотной подвижной опоры 74 (следует отметить, что на фиг.1 показаны два стержня 70, контактирующие с возможностью скольжения с каждым узлом 14 крышки посредством поворотных подвижных опор 74). В результате контактирования с возможностью скольжения узел 14 крышки может перемещаться вдоль стержней 70. Как будет рассмотрено ниже, контакт с возможностью скольжения позволяет смещать узел 14 крышки в положение, при котором он образует фиксирующее и уплотнительное соединение с корпусом 12 противовыбросового превентора, и из данного положения.
Устройства 38 для приведения в действие фиксатора присоединены к дверце 36 крышки с помощью или фиксированных, или съемных соединительных элементов, включая болты, клей, сварные швы, резьбовые соединения или аналогичные средства, известные в данной области техники. Устройства 38 для приведения в действие фиксатора также соединены с устройством 34 для смещения радиального фиксатора с обеспечением взаимодействия с ним аналогичным образом. Кроме того, соединение между устройствами 38 для приведения в действие фиксатора и устройством 34 для смещения радиального фиксатора может представлять собой простое контактное соединение. Следует отметить, что в вариантах осуществления по фиг.1 показаны два устройства 38 для приведения в действие фиксатора, присоединенные к каждой дверце 36 крышки. Однако в соответствии с изобретением может быть использован один силовой цилиндр 38, предназначенный для приведения в действие фиксатора, или множество устройств 38 для приведения в действие фиксатора. Показанные устройства 38 для приведения в действие фиксатора, как правило, представляют собой гидроцилиндры; тем не менее, другие типы устройств для приведения в действие фиксатора (включая, например, пневмоцилиндры, электродвигатели и т.п.) известны в данной области техники и могут быть использованы в изобретении.
Кроме того, устройства 38 для приведения фиксатора в действие также могут быть выполнены с ручным управлением. Управление устройствами 38 для приведения в действие фиксатора, показанными в представленном варианте осуществления, как правило, осуществляется, например, с помощью внешнего электрического сигнала, потока рабочей жидкости под давлением и т.д. В качестве альтернативы радиальный фиксатор 32 может быть приведен в действие средствами ручного управления, например, такими как рычаг, система рычагов, резьбовое приводное устройство или другие аналогичные средства, известные в данной области техники. Кроме того, если, например, устройства 38 для приведения в действие фиксатора представляют собой гидроцилиндры, гидроцилиндры могут быть приведены в действие с помощью ручного насоса. Соответственно, приведение радиального фиксатора 32 в действие вручную находится в пределах объема изобретения.
Изображение узла 14 крышки в полностью собранном виде, включая радиальный фиксирующий механизм 28, показано на фиг.2. Во время работы радиального фиксирующего механизма 28 узел 14 крышки сначала смещают в положение вблизи корпуса 12 противовыбросового превентора за счет плавного смещения узла 14 крышки в сторону корпуса 12 противовыбросового превентора на стержнях 70. После этого приводят в действие устройства 38 для приведения в действие фиксатора так, что они обеспечивают аксиальное смещение (при этом ось смещения соответствует оси бокового канала 20) устройства 34 для смещения радиального фиксатора в направлении в сторону корпуса 12 противовыбросового превентора. Когда устройство 34 для смещения радиального фиксатора смещается в аксиальном направлении в сторону корпуса 12 противовыбросового превентора, скошенная поверхность 48 входит в контакт с внутренней периферией 50 радиального фиксатора 32, тем самым обеспечивая смещение радиального фиксатора 32 в направлении радиально наружу (например, в сторону внутренней поверхности 58 бокового канала 20, предназначенной для обеспечения фиксации в радиальном направлении). Когда приведение в действие радиального фиксирующего механизма 28 будет завершено, внутренний выступ 60 устройства 34 для смещения радиального фиксатора будет находиться вблизи воспринимающего нагрузку буртика 44 корпуса 30 крышки, и наружная периферия 62 радиального фиксатора 32 будет входить в герметичный контакт с внутренней поверхностью 58, предназначенной для обеспечения фиксации в радиальном направлении. Более того, как будет описано ниже, как радиальный фиксатор 32, так и внутренняя поверхность 58, предназначенная для обеспечения фиксации в радиальном направлении, как правило, имеют наклонные поверхности (например, поверхности контакта, описанные ниже при рассмотрении фиг.10 и 11). Когда радиальный фиксатор 32 входит в контакт с внутренней поверхностью 58, предназначенной для обеспечения фиксации в радиальном направлении, наклонные поверхности служат для создания осевого усилия, которое "втягивает" дверцу 36 в направлении аксиально внутрь и обеспечивает плотное прилегание ее к наружной поверхности корпуса 12 противовыбросового превентора, и тем самым завершает фиксацию радиального фиксирующего механизма 28.
Когда радиальный фиксатор 32 зафиксирован на месте путем приведения в действие устройств 38 для приведения в действие фиксатора и устройства 34 для смещения радиального фиксатора, корпус 30 крышки и узел 14 крышки будут зафиксированы на месте в аксиальном направлении по отношению к корпусу 12 противовыбросового превентора без использования, например, болтов. Тем не менее, дополнительный фиксирующее устройство (непоказанное) с ручным управлением также может быть использовано в сочетании с изобретением, чтобы гарантировать то, что радиальный фиксатор 32 будет надежно зафиксирован в заданном положении. Как только радиальный фиксатор 32 будет зафиксирован на месте, например, с помощью гидравлических приводных устройств, фиксатор, приводимый в действие вручную (непоказанный), такой как устройство со штифтами или резьбовое устройство, может быть приведен в действие в качестве дополнительного ограничителя. Зафиксированный радиальный фиксирующий механизм 28 предназначен для удерживания узла 14 крышки и, соответственно, выдерживающего высокие давления уплотнения 29 крышки на месте. Радиальный фиксатор 32 и выдерживающее высокие давления уплотнение 29 крышки могут выдерживать большие усилия, создаваемые высокими давлениями внутри внутреннего отверстия 18 корпуса 12 противовыбросового превентора, благодаря фиксирующему контакту между радиальным фиксатором 32 и внутренней поверхностью 58 корпуса 12 противовыбросового превентора, предназначенной для обеспечения фиксации в радиальном направлении.
Радиальный фиксирующий механизм 28 может быть выключен (расфиксирован) путем реверсирования работы устройств 38 для приведения в действие фиксатора (например, после сброса давления во внутреннем отверстии 18). В результате изобретение включает в себя радиальный фиксирующий механизм 28, который содержит надежную систему выключения (например, устройства 38 для приведения в действие фиксатора должны быть приведены в действие, чтобы выключить (расфиксировать) радиальный фиксирующий механизм 28).
Скошенная поверхность 48, используемая для смещения радиального фиксатора 32 в радиальном направлении, может быть выполнена в любом из нескольких вариантов осуществления. Как показано на фиг.3, в одном варианте осуществления скошенная поверхность 48 устройства 34 для смещения радиального фиксатора может иметь одинарный воздействующий ("приводящий в действие") уступ 80. В другом варианте осуществления, показанном на фиг.4, скошенная поверхность 48 может иметь двойной воздействующий уступ 82. Следует отметить, что одинарный воздействующий уступ 80 (фиг.3), как правило, обеспечивает более короткий ход при приведении в действие, чем двойной воздействующий уступ 82 (фиг.4). Кроме того, угол наклона воздействующего уступа 84 (фиг.3 и 4) предназначен для того, чтобы максимально увеличить радиальное усилие, приводящее (фиксатор) в действие, и свести к минимуму осевое усилие. В одном варианте осуществления изобретения угол наклона воздействующего уступа 84 (фиг.3 и 4) составляет приблизительно 45 градусов. В другом варианте осуществления изобретения угол наклона воздействующего уступа 84 (фиг.3 и 4) составляет менее 45 градусов.
В еще одном варианте осуществления, показанном на фиг.5, устройство 34 для смещения радиального фиксатора дополнительно содержит паз 90 и, по меньшей мере, один стопорный штифт 92, предназначенный для удерживания радиального фиксатора 32 у воспринимающего нагрузку буртика 44 корпуса 30 крышки. В данном варианте осуществления радиальный фиксатор 32 удерживается на месте с помощью, по меньшей мере, одного стопорного штифта 92, и корпус 30 крышки и радиальный фиксатор 32 удерживаются в зафиксированном положении друг относительно друга после того, как радиальный фиксатор 32 будет приведен в действие, и в то время, когда он будет находиться в фиксирующем контакте с внутренней поверхностью 58 (фиг.2) бокового канала 20 (фиг.1), предназначенной для обеспечения фиксации в радиальном направлении.
Радиальный фиксатор 32 (фиг.1) также может быть выполнен в любом из нескольких вариантов осуществления. Радиальный фиксатор 32, показанный в варианте осуществления по фиг.1, содержит две половины 94, 96, представляющие собой зеркальные отображения друг друга в радиальном направлении, как дополнительно показано на фиг.6. В другом варианте осуществления, подобном показанному на фиг.7, радиальный фиксатор 100 может быть образован из, по меньшей мере, двух по существу линейных частей 102 и из, по меньшей мере, двух полукруглых концевых частей 104. В еще одном варианте осуществления, подобном показанному на фиг.8, радиальный фиксатор 106 может быть образован из множества по существу прямолинейных зажимов 108 и из множества криволинейных зажимов 110. Варианты осуществления, показанные на фиг.7 и 8, по существу образуют радиальные фиксаторы 100, 106, аналогичные радиальному фиксатору 32 (фиг.1 и 6) по первому варианту осуществления, но разделенные на множество частей. Радиальные фиксаторы 100, 106 могут быть изготовлены, например, путем изготовления сплошного радиального фиксатора и последовательного разрезания сплошного радиального фиксатора на две или более частей. Тем не менее, другие способы изготовления известны в данной области техники и могут быть использованы для изготовления радиального фиксатора.
В еще одном варианте осуществления, показанном на фиг.9, радиальный фиксатор 112 может быть образован из змеевидного конструктивного элемента 114 с выемками, аналогичного "змеевидной ленте". Радиальный фиксатор 112 образуют, например, в виде одной сплошной детали, и затем в нем образуют разрезы 117 со стороны внутренней периферии 113 или наружной периферии 116. Разрезы 117 могут или полностью рассекать радиальный фиксатор 112 в поперечном направлении или могут представлять собой только частичные разрезы. Кроме того, если разрезы 117 приводят к полному разрезанию радиального фиксатора 112 в поперечном направлении, отдельные части могут быть прикреплены к гибкой ленте 118, так что радиальный фиксатор 112 может быть приведен в действие с помощью приводного кольца 34 (фиг.1). Гибкая лента 118 может быть образована из материала с относительно низким модулем упругости (по сравнению, например, с модулем упругости отдельных частей), так что гибкая лента 118 может расширяться в радиальном направлении в ответ на радиальное смещение, вызываемое устройством 34 (фиг.1) для смещения радиального фиксатора. Расширение гибкой ленты 118 в радиальном направлении приводит к образованию фиксирующего контакта между радиальным фиксатором 112 и внутренней поверхностью 58 (фиг.2) корпуса 12 (фиг.1) противовыбросового превентора, предназначенной для обеспечения фиксации в радиальном направлении.
Контакт между радиальным фиксатором 32 (фиг.1) и внутренней поверхностью 58 (фиг.2), предназначенной для обеспечения фиксации в радиальном направлении, также может иметь различные варианты осуществления. В одном варианте осуществления, подобном показанному на фиг.10, радиальный фиксатор 120 может иметь контактирующую часть с одним фасонным профилем, имеющую одну поверхность 122 контакта радиального фиксатора. Одна поверхность 122 контакта радиального фиксатора предназначена для образования фиксирующего контакта с поверхностью 59 контакта (фиг.2) противовыбросового превентора, образованной на внутренней поверхности 58 (фиг.2) бокового канала 20 (фиг.1), предназначенной для обеспечения фиксации в радиальном направлении.
В другом варианте осуществления, подобном показанному на фиг.11, радиальный фиксатор 124 имеет контактирующую часть с двумя фасонными профилями, имеющую две поверхности 126 контакта радиального фиксатора. Кроме того, радиальный фиксатор 124 также может иметь множество поверхностей контакта радиального фиксатора, предназначенных для образования фиксирующего контакта с соответствующим количеством поверхностей 59 контакта (фиг.2) противовыбросового превентора, образованных на внутренней поверхности 58 (фиг.2) бокового канала 20 (фиг.1) корпуса 12 (фиг.1) противовыбросового превентора, которая предназначена для обеспечения фиксации в радиальном направлении.
Радиальные фиксаторы, описанные в указанных вариантах осуществления, выполнены таким образом, что площадь поперечного сечения (зоны) контакта между поверхностями контакта радиального фиксатора с поверхностями 59 контакта (фиг.2) противовыбросового превентора максимально увеличена. Увеличение до максимума площадей поперечного сечения (зоны) контакта гарантирует то, что радиальные фиксаторы обеспечивают надежную фиксацию узла 14 крышки (фиг.1) и, следовательно, уплотнения 29 (фиг.1) крышки на месте при воздействии высоких давлений, существующих во внутреннем отверстии 18 (фиг.1) противовыбросового превентора 10 (фиг.1). Кроме того, как было рассмотрено выше, углы наклона поверхностей контакта могут быть заданы такими, чтобы создать осевое усилие, которое обеспечивает прочное притягивание дверцы 36 (фиг.1) крышки к корпусу 12 (фиг.1) противовыбросового превентора и которое в некоторых вариантах осуществления может способствовать приведению в действие уплотнения 29 (фиг.1) крышки.
Радиальные фиксаторы и поверхности контакта, описанные для представленных выше вариантов осуществления, могут быть покрыты, например, наплавленными твердыми сплавами и/или материалами, уменьшающими трение. Покрытия могут способствовать, например, предотвращению заедания и могут предотвратить застревание или прилипание поверхностей контакта во время включения и/или выключения радиального фиксирующего механизма 28 (фиг.1). Покрытия также могут обеспечить увеличение срока службы радиальных фиксаторов и поверхностей контакта за счет уменьшения трения и износа.
Другой вариант осуществления кольцевого фиксатора 127 показан на фиг.12. Радиальный фиксатор 127 содержит множество прорезей 128, множество отверстий 129 или их комбинацию. Прорези 128 и/или отверстия 129 позволяют уменьшить массу и осевой момент инерции сечения радиального фиксатора 127, в результате чего уменьшается усилие приведения в действие, необходимое для смещения радиального фиксатора 127 в радиальном направлении. Для обеспечения возможности некоторой упругой деформации радиального фиксатора 127 радиальный фиксатор 127 может быть выполнен из материала, имеющего относительно низкий модуль упругости (по сравнению, например, со сталью). К таким материалам относятся титан, бериллиевая бронза и т.д. Кроме того, изменения геометрии радиального фиксатора 127 могут быть выполнены в дополнение к указанным выше с тем, чтобы, например, дополнительно уменьшить осевой момент инерции сечения радиального фиксатора 127 и уменьшить напряжения при изгибе.
Радиальные фиксаторы, описанные выше, предназначены для работы при значениях напряжений ниже предела упругости материалов, из которых они выполнены. Работа при напряжениях ниже предела упругости гарантирует то, что остаточные деформации не будут возникать в радиальных фиксаторах, и не будет снижения эффективности радиальных фиксаторов, обусловленного остаточными деформациями. Соответственно, выбор материала и площади поперечного сечения контакта поверхностей контакта имеет очень важное значение для конструкции радиального фиксирующего механизма 28 (фиг.1).
Как показано на фиг.1, уплотнение 29 крышки предназначено для того, чтобы выдерживать высокие давления, существующие во внутреннем отверстии 18 корпуса 12 противовыбросового превентора, и чтобы тем самым предотвращать проход текучих сред и/или газов из внутреннего отверстия 18 в зону, наружную по отношению к противовыбросовому превентору 10. Уплотнение 29 крышки может иметь несколько различных конфигураций, подобных показанным при дальнейшем рассмотрении фиг.13-17. Кроме того, уплотнения, раскрытые в нижеприведенном описании, могут быть образованы из различных материалов. Например, уплотнения могут представлять собой эластомерные уплотнения или неэластомерные уплотнения (например, такие как металлические уплотнения, уплотнения из полиэфирэфиркетона и т.д.). Металлические уплотнения могут дополнительно включать в себя кольцевые уплотнения с контактными металлическими кольцами и/или манжетные уплотнения с контактными металлическими кольцами. Кроме того, уплотнительные конструкции, показанные ниже, могут включать некоторую комбинацию типов и материалов уплотнений. Соответственно, предусмотрено, что тип уплотнения, количество уплотнений и материал, используемый для образования радиальных и торцевых уплотнений, не должны ограничивать (конструкцию) уплотнения 29 крышки.
Вариант осуществления, показанный на фиг.13, содержит уплотнение 130 крышки, образованное на радиальной периферии 132 корпуса 133 крышки. Радиальное уплотнение 130 дополнительно содержит два уплотнительных кольца 134, расположенных в канавках 136, образованных на радиальной периферии 132 корпуса 133 крышки. Уплотнительные кольца 134 входят в плотный контакт с внутренней уплотняемой периферией 138 бокового канала 20 (фиг.1) в корпусе 12 противовыбросового превентора. Вариант осуществления, показанный на фиг.13, содержит две канавки 136, но можно использовать одну канавку или множество канавок вместе с уплотнительными кольцами 134. Более того, несмотря на то, что в данном варианте осуществления показаны два уплотнительных кольца 134, в изобретении можно использовать одно уплотнительное кольцо или более двух уплотнительных колец.
В другом варианте осуществления, показанном на фиг.14, уплотнение 140 крышки содержит, по меньшей мере, два сальниковых уплотнения 146 (которые могут представлять собой, например, тороидальные уплотнения, манжетные уплотнения или уплотнения, продаваемые под товарным знаком PolyPak, который представляет собой товарный знак Parker Hannifin, Inc.), расположенных в канавках 148, образованных на радиальной периферии 142 корпуса 144 крышки. Сальниковые уплотнения 146 входят в плотный контакт с внутренней уплотняемой периферией 150 бокового канала 20 (фиг.1) корпуса 12 противовыбросового превентора. Вариант осуществления, показанный на фиг.14, содержит две канавки 148, но можно использовать одну канавку или множество канавок вместе с сальниковыми уплотнениями 146. Более того, несмотря на то, что в данном варианте осуществления показаны два сальниковых уплотнения 146, в изобретении можно использовать одно уплотнение или более двух уплотнений.
В еще одном варианте осуществления, показанном на фиг.15, уплотнение 152 крышки включает в себя радиальное уплотнение 154, расположенное в канавке 166, образованной на радиальной периферии 160 корпуса 162 крышки. Кроме того, данный вариант осуществления содержит торцевое уплотнение 156, расположенное в канавке 164, образованной на сопрягаемой торцевой поверхности 168 корпуса 162 крышки. Радиальное уплотнение 154 приспособлено для входа в плотный контакт с внутренней уплотняемой периферией 158 бокового канала 20 (фиг.1) корпуса 12 противовыбросового превентора. Торцевое уплотнение 156 приспособлено для входа в плотный контакт с наружной торцевой поверхностью корпуса 12 противовыбросового превентора. Радиальное уплотнение 154 и торцевое уплотнение 156, показанные в данном варианте осуществления, представляют собой оба уплотнительные кольца и расположены в одиночных канавках 166, 164. Однако уплотнение другого типа (например, такое как сальниковое уплотнение) и более одного уплотнения (расположенного, по меньшей мере, в одной канавке) может быть использовано в изобретении.
В еще одном варианте осуществления, показанном на фиг.16, уплотнение 172 крышки включает в себя радиальное уплотнение 174, расположенное в канавке 178, образованной на опоре 180 для уплотнений. Опора 180 для уплотнений расположена в канавке 182, образованной в корпусе 184 крышки, и также содержит торцевое уплотнение 176, расположенное в канавке 177, образованной на опоре 180 для уплотнений. Торцевое уплотнение 176 приспособлено для входа в плотный контакт с сопряженной торцевой поверхностью 186 корпуса 12 противовыбросового превентора, и радиальное уплотнение 174 приспособлено для входа в плотный контакт с внутренней уплотняемой периферией 188, образованной в корпусе 184 крышки. Уплотнение 172 крышки также может содержать воздействующее ("возбуждающее") устройство 190, которое приспособлено для обеспечения смещения опоры 180 для уплотнений в направлении в сторону наружной поверхности 186 корпуса 12 противовыбросового превентора с тем, чтобы привести в действие торцевое уплотнение 176. Воздействующее устройство 190 может содержать, например пружину, упорную шайбу или аналогичный конструктивный элемент.
Воздействующее устройство 190 способствует гарантированию того, что торцевое уплотнение 176 будет поддерживать надежный контакт с наружной поверхностью 186 корпуса 12 противовыбросового превентора и тем самым обеспечит постоянное наличие уплотнения, выдерживающего высокие давления. Тем не менее, воздействующее устройство 190 не требуется во всех вариантах осуществления. Например, опора 180 для уплотнений может быть выполнена так, что как радиальное уплотнение 174, так и торцевое уплотнение 176 будут приводиться в действие давлением без помощи воздействующего устройства 190.
В варианте осуществления без воздействующего устройства диаметр опоры для уплотнений (такой как опора 180 для уплотнений, показанная на фиг.16) и ее толщину в осевом направлении выбирают так, чтобы высокое давление из внутреннего отверстия сначала обеспечивало смещение опоры для уплотнений в сторону наружной поверхности корпуса противовыбросового превентора. Как только торцевое уплотнение войдет в плотный контакт с наружной поверхностью, высокое давление из внутреннего отверстия обеспечит расширение опоры для уплотнений в радиальном направлении до тех пор, пока радиальное уплотнение не войдет в плотный контакт с поверхностью канавки в опоре для уплотнений. Аналогичная конструкция раскрыта в патенте США № 5255890, выданном на имя Morrill и переуступленном правопреемнику по настоящему изобретению. В патенте '890 ясно описана геометрия, необходимая для такой опоры для уплотнений.
В варианте осуществления, показанном на фиг.16, торцевое уплотнение 176 и радиальное уплотнение 174 могут представлять собой, например уплотнительные кольца, сальниковые уплотнения или любые другие уплотнения, известные в данной области техники, которые способны выдерживать высокие давления. Кроме того, на фиг.16 показаны только одиночные уплотнения, расположенные в одиночных канавках. Тем не менее, более одного уплотнения, более одной канавки или комбинация нескольких уплотнений и нескольких канавок может быть использована в изобретении.
В еще одном варианте осуществления, показанном на фиг.17, опора 192 для уплотнений, показанная в предыдущем варианте осуществления, используется в сочетании с вспомогательным (резервным) уплотнением 194, расположенным в канавке 196 на наружной поверхности 198 корпуса 200 крышки. Вспомогательное уплотнение 194 может представлять собой уплотнительное кольцо, сальниковое уплотнение, металлическое уплотнение или любое другое уплотнение, способное выдерживать высокие давления и известное в данной области техники. Вспомогательное уплотнение 194 дополнительно обеспечивает поддержание уплотнения, выдерживающего высокие давления, если, например, имеется утечка из уплотнений, расположенных на опоре 192 для уплотнений. Следует отметить, что вариант осуществления, показанный на фиг.17, не содержит воздействующего устройства.
Предпочтительно некоторые из вариантов осуществления уплотнений позволяют уменьшить осевое усилие, необходимое для образования уплотнения крышки. Уплотнения крышки, показанные выше, позволяют существенно уменьшить чувствительность уплотнения крышки к изгибу дверцы за счет поддержания постоянного сдавливания независимо от давления в стволе скважины. Конструкции радиальных уплотнений также позволяют уменьшить общую площадь, на которую действует давление в стволе скважины и, следовательно, уменьшить усилие расчленения контакта, действие которого вызывает отталкивание дверцы крышки от корпуса противовыбросового превентора.
В еще одном варианте осуществления радиального фиксатора, показанном на фиг.18, радиальный фиксирующий механизм 220 содержит радиальный фиксатор 222, расположенный в выемке 224, образованной на внутренней поверхности 226 бокового канала 228 корпуса 230 противовыбросового превентора. Работа радиального фиксирующего механизма 220 отличается от вариантов осуществления, описанных выше, тем, что фиксация корпуса 232 крышки и, соответственно, дверцы (непоказанной) крышки и узла крышки (непоказанного) в заданном положении осуществляется путем приведения радиального фиксирующего механизма 220 в действие в направлении радиально внутрь.
Конструкция варианта осуществления, показанного на фиг.18, аналогична конструкции вариантов осуществления, описанных выше, за исключением направления действия радиального фиксирующего механизма 220. Следовательно, описание данного варианта осуществления будет включать описание того, как альтернативный радиальный фиксирующий механизм 220 отличается от механизмов, представленных выше. Подробное описание элементов, общих для вариантов осуществления (например, таких как дверца 36 крышки, линейные стержни 70 и т.д.), опущено. Кроме того, следует отметить, что вариант осуществления по фиг.18 не требует, например, наличия приводных цилиндров или устройства для смещения радиального фиксатора (например, вариант осуществления по фиг.18 не требует наличия внутреннего приводного устройства).
Приведение радиального фиксатора 222 в действие осуществляется в направлении радиально внутрь. Соответственно, радиальный фиксатор 222 должен быть соединен с приводным устройством, которое отличается, например, от устройства 34 (фиг.1) для смещения радиального фиксатора и от устройств 38 (фиг.1) для приведения в действие фиксатора, описанных для предыдущих вариантов осуществления. В одном варианте осуществления изобретения радиальный фиксатор 222 имеет конструкцию, аналогичную конструкциям, показанным на фиг.6 и 7. Как показано на фиг.19, отдельные половины 236, 238 радиального фиксатора 222 могут быть соединены с расположенными радиально, приводными устройствами 240. При смещении корпуса 232 крышки для ввода его в плотный контакт с корпусом 230 противовыбросового превентора приводные устройства 240 приводят в действие для обеспечения смещения половин 236, 238 радиального фиксатора 222 в направлении радиально внутрь, так что радиальный фиксатор 222 входит в канавку 244 (фиг.18), образованную на наружной поверхности 246 (фиг.18) корпуса 232 (фиг.18) крышки. Радиальный фиксирующий механизм 220 (фиг.18) обеспечивает фиксацию корпуса 232 (фиг.18) крышки и, следовательно, дверцы (непоказанной) крышки и узла крышки (непоказанного) в заданном положении и приводит в действие уплотнение 234 (фиг.18), способное выдерживать высокие давления. Следует отметить, что уплотнение 234 (фиг.18), способное выдерживать высокие давления, может быть образовано из любого из вариантов осуществления, показанных выше (таких как варианты осуществления, описанные со ссылкой на фиг.13-17). Кроме того, радиальный фиксатор 222 и канавка 244 могут иметь наклонные поверхности (подобные описанным в предыдущих вариантах осуществления), которые обеспечивают создание осевого усилия, которое вызывает поджим корпуса 232 крышки (и узла крышки (непоказанного) и дверцы (непоказанной) крышки) в сторону корпуса 230 противовыбросового превентора и дополнительно обеспечивает надежный фиксирующий контакт.
Кроме того, как показано на фиг.20, радиальный фиксатор 250 может содержать более двух частей. Если радиальный фиксатор 250 содержит, например четыре части 252, 254, 256, 258, для приведения в действие радиального фиксатора 250 может быть использовано такое же количество приводных устройств 240 (например, четыре). В альтернативном варианте меньшее количество приводных устройств 240 (например, менее четырех в варианте осуществления, показанном на фиг.20) может быть использовано, если приводное устройство 240 соединено, например, с большим, чем одна, количеством частей 252, 254, 256, 258 радиального фиксатора 250. Приводные устройства 240 могут представлять собой гидроцилиндры или приводные устройства любого другого типа, известные в данной области техники. Кроме того, приводные устройства 240 могут быть расположены внутри корпуса 230 (фиг.18) противовыбросового превентора или могут быть расположены вне корпуса 230 (фиг.18) противовыбросового превентора. Приводные устройства 240 могут быть соединены с радиальным фиксатором 250 с помощью, например механических связей или гидравлических приводных цепей (непоказанных). В еще одном варианте осуществления радиальный фиксатор 222 содержит множество зажимов (непоказанных), которые присоединены к множеству приводных устройств (непоказанных) и приводятся в действие данными приводными устройствами.
В еще одном варианте осуществления, показанном на фиг.21, радиальный фиксатор 270 может быть образован из одной части 272. Радиальный фиксатор 270 приводится в действие с помощью расположенных по периферии, приводных устройств 274, соединенных с радиальным фиксатором 270 и расположенных вблизи концов 276, 278 части 272. При приведении их в действие периферийные приводные устройства 274 обеспечивают смещение концов 276, 278 части 272 в сторону друг друга и в направлении радиально внутрь, как показано стрелками на фиг.21. Пунктирная линия на фиг.21 показывает внутреннюю поверхность 277 радиального фиксатора 270 после приведения в действие. При приведении в действие радиального фиксатора 270 он входит в контакт с корпусом 232 (фиг.18) крышки аналогично тому, как это показано на фиг.18.
Часть 272 радиального фиксатора 270 может быть получена путем образования множества прорезей 284 вблизи концевых участков 280, 282. Прорези 284 могут быть выполнены для облегчения установки радиального фиксатора 270 в выемке 224 (фиг.18) и для повышения степени гибкости для деформирования радиального фиксатора 270 в радиальном направлении. Прорези могут иметь любую форму, известную в данной области техники. Например, на фиг.22 показаны прямоугольные прорези 284. Тем не менее, прорези 284 предпочтительно могут быть выполнены так, чтобы уменьшить концентрации напряжений или места концентрации напряжений у краев прорезей 284. Например, если прорези 284 выполнены с прямоугольной формой, места концентрации напряжений могут возникать у угловых зон с относительно острыми краями. Соответственно, прорези 284 могут иметь скругленные углы (непоказанные) или, например, по существу трапециевидные формы (непоказанные) для сведения к минимуму воздействий мест концентрации напряжений.
Кроме того, прорези 284 могут быть "градуированы" (могут иметь ступенчато изменяющиеся размеры), как показано на фиг.22, чтобы получить по существу плавный переход между относительно жесткими прямолинейными участками 286 и относительно гибкими концевыми участками 280, 282. Ступенчатое изменение размеров прорезей 284 обеспечивает плавное изменение жесткости, которое способствует предотвращению возникновения концентраторов напряжений в последней прорези (например, в последней прорези, ближайшей к прямолинейным участкам 286).
Радиальный фиксатор 270 может быть выполнен из одного материала или из разных материалов (включая, например, сталь, титан, бериллиевую бронзу или их комбинации и/или сплавы). Например, криволинейные концевые участки 280, 282 могут быть образованы из материала, который является относительно податливым по сравнению с относительно жестким материалом, из которого образованы прямолинейные участки 286 (например, криволинейные концевые участки 280, 282 могут быть выполнены из материала с модулем упругости (ЕС), который существенно меньше модуля упругости (ЕS) материала прямолинейных участков 286). Независимо от материалов, используемых для изготовления радиального фиксатора 270, радиальный фиксатор 270 должен быть достаточно гибким для обеспечения возможности его установки в выемку 224 (фиг.18) и извлечения из нее.
В альтернативном варианте радиальный фиксатор 270 по фиг.21 может иметь несколько частей (например, две половины или множество частей), соединенных с множеством периферийных приводных устройств и приводимых ими в действие. Радиальный фиксатор 270 также может содержать множество отдельных зажимов, соединенных с помощью гибкой ленты. Зажимы могут быть разделены зазорами, и расстояние, разделяющее зажимы, может быть выбрано так, чтобы обеспечить заданную гибкость радиального фиксатора 270.
Зажимы и гибкая лента могут состоять из различных материалов. Например, зажимы могут быть выполнены из по существу жесткого материала (например, из материала с относительно высоким модулем упругости), включая, например, сталь или сплавы на никелевой основе. Гибкая лента (гибкий хомут), напротив, может быть выполнена из материалов, имеющих сравнительно более низкий модуль упругости и включающих в себя, например, титановые сплавы или плоские или объемные элементы, образованные с помощью процесса получения одноосноориентированного волокнистого пластика и содержащие стекловолокно, углеродные волокна или композиционные материалы, образованные из них. Как описано выше, радиальные фиксаторы по вариантам осуществления, показанным на фиг.19-22, могут быть покрыты, например, наплавленными твердыми сплавами (включая, например, карбид вольфрама, нитрид бора и аналогичные материалы, известные в данной области техники) или материалами с малыми коэффициентами трения (включая, например, политетрафторэтилен и аналогичные материалы, известные в данной области техники), например для уменьшения трения и износа и увеличения срока службы деталей. Предусмотрено, что состав материала радиального фиксатора 270 не является ограничивающим.
Варианты осуществления, показанные на фиг.19-22, могут быть предпочтительными из-за уменьшенной массы узла крышки и, соответственно, уменьшенной общей массы противовыбросового превентора. Кроме того, существует возможность модернизации старых противовыбросовых превенторов так, чтобы они включали в себя радиальный фиксирующий механизм.
Поворотная подвижная опора для узла крышки
Как также показано на фиг.1, другой важной особенностью изобретения являются поворотные подвижные опоры 74, присоединенные к стержням 70 и к каждому из узлов 14 крышки с обеспечением взаимодействия с ними. Как описано выше, узлы 14 крышки соединены с поворотными подвижными опорами 74, и поворотные подвижные опоры 74 введены в контакт со стержнями 70 с возможностью смещения. Поворотные подвижные опоры 74 приспособлены для обеспечения возможности поворота узлов 14 крышки относительно их аксиальных средних линий так, чтобы можно было обеспечить доступ к плашкам (непоказанным) и внутренним элементам как узлов 14 крышки, так и корпуса 12 противовыбросового превентора для технического обслуживания, замены плашек и т.д.
Вариант осуществления поворотной подвижной опоры 74 показан на фиг.23 и 24. Поворотная подвижная опора 74 включает в себя поворотную подвижную монтажную планку 76 и поворотную плиту 78. Поворотная подвижная монтажная планка 76 присоединена к стержням 70 с возможностью смещения. Соединение между поворотной подвижной монтажной планкой 76 и стержнями 70, обеспечивающее возможность смещения, может быть образовано, например, с помощью линейных опор 87 качения, которые присоединены к поворотной подвижной монтажной планке 76. Однако другие конструкции соединений, обеспечивающих возможность смещения и известных в данной области техники, могут быть использованы в изобретении для образования соединения, обеспечивающего возможность смещения. Кроме того, втулки (непоказанные) или комбинация линейных опор 87 качения и втулок (непоказанных) могут быть использованы в изобретении. Поворотная плита 78 прикреплена с возможностью поворота к поворотной подвижной монтажной планке 76 и введена в контакт с верхней поверхностью 75 узла 14 крышки с обеспечением взаимодействия с ней. Соединение поворотной подвижной опоры 74 с узлом 14 крышки с обеспечением взаимодействия между ними образовано по существу у аксиальной средней линии узла 14 крышки.
Стержни 70 выполнены с длиной, достаточной для того, чтобы обеспечить возможность вывода узла 14 крышки из контакта с корпусом 12 противовыбросового превентора и смещения его в сторону от корпуса 12 противовыбросового превентора до тех пор, пока плашка (непоказанная) не будет полностью выведена из бокового канала 20. Кроме того, место 82 присоединения, где поворотная подвижная опора 74 введена в контакт с верхней поверхностью 75 узла 14 крышки с обеспечением взаимодействия между ними, может быть оптимизировано так, что место 82 присоединения окажется по существу рядом с центром массы узла 14 крышки. То обстоятельство, что место 82 присоединения находится по существу рядом с центром масс, позволяет уменьшить усилие, требуемое для поворота узла 14 крышки, и также уменьшить напряжение при изгибе, испытываемое поворотной плитой 78.
Поворотная плита 78 может дополнительно содержать подшипник 85. Например, подшипник 85 может быть присоединен к поворотной подвижной монтажной планке 76 с обеспечением взаимодействия между ними и может быть приспособлен для того, чтобы выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки, создаваемые при повороте узла 14 крышки. Подшипник 85 может представлять собой, например, комбинацию радиального подшипника и упорного подшипника (радиально-упорный подшипник, например, такой как радиально-упорный роликоподшипник, то есть подшипник с коническими роликами). В альтернативном варианте подшипник 85 может включать, например, роликовый подшипник для восприятия радиальных нагрузок и упорное кольцо для восприятия осевых нагрузок. Тем не менее, другие типы систем опор известны в данной области техники и могут быть использованы вместе с поворотной плитой 78.
Когда плашка (непоказанная) будет полностью выведена из бокового канала 20, узел 14 крышки может быть повернут вокруг оси поворота поворотной плиты 78 так, чтобы обеспечить возможность доступа к плашке (непоказанной) и к боковому каналу 20 для технического обслуживания, осмотра и т.п. В варианте осуществления, показанном на фиг.23 и 24, нижний узел 14 крышки показан как повернутый приблизительно на 90 градусов по отношению к корпусу 12 противовыбросового превентора, в то время как верхний узел 14 крышки остается в фиксирующем контакте с корпусом 12 противовыбросового превентора. Место 80 присоединения блока плашек четко видно.
Фиг.25 показывает вид сверху противовыбросового превентора 10, когда один из узлов 14 крышки выведен из контакта с корпусом 12 противовыбросового превентора и повернут приблизительно на 90 градусов. Как показано, место 80 присоединения блока плашек четко видно, и может быть обеспечен доступ к этому месту в вертикальном направлении. Доступ в вертикальном направлении представляет собой важное преимущество, поскольку крышки по известному уровню техники, которые имеют петли, как правило, поворачиваются вокруг края дверцы крышки. Следовательно, если, например, болты будут вынуты из нижней крышки противовыбросового превентора и нижняя крышка противовыбросового превентора будет повернута в открытое положение, доступ к плашке в вертикальном направлении будет невозможен, поскольку ему будет препятствовать корпус верхней крышки противовыбросового превентора. Доступ к плашке в вертикальном направлении имеет важное значение, поскольку он значительно облегчает техническое обслуживание или замену плашек, в результате чего уменьшается время, необходимое для технического обслуживания противовыбросового превентора, и повышается уровень безопасности персонала, выполняющего техническое обслуживание. Кроме того, доступ в вертикальном направлении позволяет, например, выполнять техническое обслуживание нижней крышки противовыбросового превентора, в то время как верхняя крышка будет зафиксирована на месте (см., например, фиг.23-25).
Узел 14 крышки также может быть повернут приблизительно на 90 градусов в другом направлении относительно оси бокового канала 20 (фиг.1), в результате чего обеспечивается возможность поворота приблизительно на 180 градусов. Тем не менее, может быть выполнен другой вариант осуществления, который обеспечивает возможность поворота больше, чем на 180 градусов, или меньше, чем на 180 градусов. Предусмотрено, что пределы поворота поворотной подвижной опоры 74 не должны ограничивать объем изобретения.
Поворотная подвижная опора 74 предпочтительна из-за простоты конструкции и присоединения к узлу 14 крышки. Например, петли (шарниры) по известному уровню техники, как правило, являются сложными, их трудно изготавливать, и они являются сравнительно дорогостоящими. Кроме того, петли по известному уровню техники должны быть прочными, поскольку они несут нагрузку от полного веса крышки противовыбросового превентора относительно вертикальной оси, расположенной на некотором расстоянии от центра массы крышки. В результате этого изгибающий момент, действующий на петлю, является очень большим, и деформация петли может привести к "перекосу" крышки. Несмотря на то что изобретение было описано в связи с ограниченным числом вариантов осуществления, для специалистов в данной области техники после изучения данного описания будет очевидно то, что могут быть разработаны другие варианты осуществления, которые не выходят за пределы объема изобретения в том виде, как оно раскрыто здесь. Соответственно, объем изобретения должен быть ограничен только приложенной формулой изобретения.
Изобретение относится к области нефтяной и газовой промышленности и может быть использовано в противовыбросовых превенторах для герметичного закрытия ствола скважины. Превентор содержит корпус, крышку, присоединенную к корпусу с обеспечением взаимодействия с ним вблизи каждого из, по меньшей мере, двух боковых отверстий, образованных в корпусе. Боковые отверстия расположены напротив друг друга. К каждой крышке присоединено радиальное фиксирующее устройство с обеспечением взаимодействия с ней. Радиальное фиксирующее устройство приспособлено для крепления каждой крышки к корпусу вблизи внутренней периферии, по меньшей мере, двух боковых отверстий. К крышке присоединена дверца. В корпусе расположен радиальный фиксатор. Устройство для приведения в действие радиального фиксатора обеспечивает его смещение в радиальном направлении так, что образуется фиксирующий контакт между крышкой и корпусом вблизи, по меньшей мере, двух боковых отверстий. Устройство для смещения радиального фиксатора смещают в аксиальном направлении. Радиальный фиксатор смещают в радиальном направлении. Используют уплотнение крышки, приспособленное для образования плотного контакта между крышкой и боковым отверстием. Облегчается обслуживание превентора. 7 н. и 43 з.п. ф-лы, 25 ил.
размещение крышки вблизи бокового отверстия корпуса противовыбросового превентора;
приведение в действие, по меньшей мере, одного устройства для приведения в действие фиксатора, которое соединено в рабочем положении с устройством для смещения радиального фиксатора;
смещение в аксиальном направлении устройства для смещения радиального фиксатора и
смещение радиального фиксатора в радиальном направлении с помощью устройства для смещения радиального фиксатора с тем, чтобы образовать фиксирующий контакт между крышкой и корпусом противовыбросового превентора.
размещение крышки вблизи бокового отверстия корпуса противовыбросового превентора;
приведение в действие, по меньшей мере, одного устройства для приведения в действие фиксатора, которое соединено в рабочем положении с радиальным фиксатором, при этом радиальный фиксатор расположен в корпусе противовыбросового превентора;
смещение радиального фиксатора в радиальном направлении с тем, чтобы образовать фиксирующий контакт между крышкой и корпусом противовыбросового превентора.
| US 5897094 A, 27.04.1999 | |||
| Превентор | 1983 |
|
SU1204696A1 |
| US 5897094 A, 22.09.1981 | |||
| US 5655745 A, 12.08.1997 | |||
| US 5732731 A, 19.11.1996.DE 4310124 A1, 14.07.1983. | |||
